DE2645947A1

DE2645947A1 - Verfahren zur herstellung gedruckter schaltungen

Info

Publication number: DE2645947A1
Application number: DE19762645947
Authority: DE
Inventors: Colin Baldwin; Kenneth Charles Arthur Bingham; Alan George Albert Gillingham
Original assignee: Fujitsu Services Ltd
Current assignee: Fujitsu Services Ltd
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1977-04-28
Also published as: JPS5271681A; GB1497312A; AU498261B2; DE2645947C2; JPS5731667B2; ZA765930B; AU1862476A

Description

INTERNATIONAL COMPUTERS LIMITED, ICL House, Putney, London S.W. 15, England

Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von gedruckten Schaltungen mit durchgehenden Löchern in einer Isolierschicht oder Unterlage zur Erzielung elektrischer Zwischenverbindungen zwischen stromleitendem Material auf entgegengesetzten Seiten der Isolierschicht oder der Unterlage.

Gedruckte Schaltungen, die heutzutage Anwendung finden, weisen häufig eine Unterlage und verschiedene Schichten aus elektrisch leitenden Ebenen und/oder stromleitende Systeme auf, die voneinander durch Isolierschichten getrennt und elektrisch isoliert sind und auf denen Stromkreiselemente befestigt sind, die im Betrieb mit den Stromleiterebenen verbunden sind.

Bisher war es zur Ausbildung solcher Stromkreise notwendig, Schichten aus stromleitenden Materialien und isolierenden Materialien abwechselnd nacheinander aufzutragen. In der Praxis hat dies zu verhältnismäßig niedrigem Produktionsausstoß geführt, da jeder in den Endstufen der Produktion aufgetretenen Fehler zu einer Aussonderung der gesamten Schaltungsanordnung geführt hat.

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Konto: Bayerische Vereinsbank (BLZ 75020073) 5 804 248 Postscheckkonto München 893 69 - 801

Gerichtsstand Regensburg

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Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde bereits vorgeschlagen, den Aufbau der Stromkreisanordnungen in wenigstens zwei Haupteinheiten aufzuteilen.

Die erste Einheit weist eine metallische Unterlage auf, die zur Ableitung der während des Betriebes erzeugten Wärme dient und die auch die Abstützung für die Energiezuführschichten bildet. Die zweite Einheit weist einen flexiblen Kunststofffilm auf, der auf entgegengesetzten Seiten stromleitende Schichten aufnimmt, die kontinuierliche Schichten oder stromleitende Schemen ergeben, welche die Signalverbindungspfade der Stromkreisanordnung und einige der Energieverbindungen darstellen, die die Stromkreiskomponenten miteinander verketten, welche mit der vollständigen Schaltung verbunden und auf der zweiten Einheit befestigt sind.

Die Unterlage der zweiten Komponente kann eine Schicht aus Polyimidfilm aufweisen, die beispielsweise eine Dicke von 25 bis 50 ;um besitzt.

Vorliegende Erfindung befaßt sich vorzugsweise mit der Ausbildung dieser zweiten Einheit und soll insbesondere Schwierigkeiten überwinden, die in Verbindung mit der Ausbildung von durchgehenden Lochern in der dann flexiblen Unterlage und dem nachfolgenden Bedecken der Wandungen der Löcher mit einem elektrisch leitenden Metallbelag bestehen, damit ein- elektrisch leitender Pfad von einem -Ende des Loches zum anderen entsteht.

Die Ausbildung derartiger plattierter Löcher, die eine elektrische Kontinuität von einer Oberfläche der Unterlage zur anderen ergeben, stellt eine erhebliche Schwierigkeit, die sich aus der Verwendung einer sehr dünnen Schicht eines flexiblen Materiales ergibt, dar.

Bei einem bisher verwendeten Verfahren zur Herstellung der doppelseitigen gedruckten Schaltanordnungen mit durchgehenden Löchern, die mechanisch zu bohren sind, wird die Unterlage auf

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beiden Oberflächen mit einem metallisierten Überzug bedeckt, die Löcher werden dann durch den metallisierten überzug der Unterlage geätzt und die Wandungen der Löcher anschließend plattiert, nachdem die metallisierten Schichten entfernt worden sind, da festgestellt worden ist, daß das Beibehalten dieser Wandungen das zuverlässige Plattieren der Wandungen der Löcher verhindert hat. Nach dem Plattieren der Löcher wird die Unterlage erneut behandelt, indem verschiedene Schichten aus metallischem Material und aus Isoliermaterial aufgetragen werden, damit das gewünschte Stromleiterschema entsteht.

In der Praxis wurde festgestellt, daß die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, obgleich mit ihm das Plattieren der Löcher zur Erzielung eines einwandfreien stromleitenden Pfades erreicht wird, eine weitere Schwierigkeit mit sich bringt, nämlich, daß durch das Entfernen der metallisierten Schicht die flexible Unterlage sich entspannen kann. Diese Entspannung bewirkt unvorhersehbar Relativbewegungen der Löcher in bezug auf nachfolgende Masken und die zugeordneten stromleitenden Schichten. Wenn infolgedessen die StromleiterSchemen durch die herkömmlichen Photowiderstands- und Maskentechniken hergestellt wurden, die es erforderlich machten, daß die Löcher in sehr exakten Positionen in der Unterlage vorgesehen wurden, waren die Löcher nicht immer korrekt in bezug auf die Stromleiter positioniert.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, diese Schwierigkeit zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsanordnung, die eine Unterlage mit einem Schema aus Stromleitern auf wenigstens einer Oberfläche und einer stromlextenden Ebene oder weiteren Schemen von Stromleitern auf der anderen Oberfläche aufweist, vorgeschlagen, daß ein kontinuierlicher Überzug aus Metall auf beiden Oberflächen einer flexiblen Unterlage aufgetragen wird, daß Teile des Metallüberzuges entfernt werden, damit die Unterlage an jeder der Stellen freigelegt wird, an welchen es erforderlich ist, ein

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Loch in der Unterlage ausbilden, daß die Unterlage so geätzt wird, daß die Löcher erstellt werden, daß ein Metallring in der Nähe eines jeden Endes eines jeden Loches entfernt wird, wodurch ein Ring der Unterlagenoberfläche um jedes Ende eines jeden Loches freigelegt wird, daß die Wandungen der Löcher und die freigelegten Ringe der Unterlage plattiert werden, so daß eine elektrische Kontinuität zwischen den Metallüberzügen auf den Oberflächen der Unterlage erzeugt wird, und daß von wenigstens einem der Metallüberzüge oder von jedem Metallüberzug ein Schema von Stromleitern ausgebildet wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Stromkreisanordnung mit stromleitenden Bereichen, die auf entgegengesetzten Flächen einer flexiblen Unterlage vorgesehen sind und die durchgehende Löcher mit elektrisch leitenden Wandungen aufweisen, welche die Flächen miteinander verbinden, vorgeschlagen, daß das Loch in der Unterlage durch ein chemisches Verfahren hergestellt wird, daß Teile der stromleitenden Bereiche entfernt werden, damit ringähnliche Bereiche der Unterlage einschließlich des Umfanges eines jeden Endes eines jeden Loches freigelegt werden, daß die Wandungen der Löcher und die freigelegten Bereiche der Unterlage metallisiert werden, und die gewünschten Stromleiterschemen in den stromleitenden Bereichen hergestellt werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht der Unterlage

mit einem stromleitenden Metallbelag auf den entgegengesetzten Seiten,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Unterlage nach Fig. 1 mit Photowiderstandsschichten, die durchgehende Lochpositionen definieren,

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Fig. 3 eine Schnittansicht der Unterlage nach Fig. 2 nach der Ausbildung der Löcher in den Metallschichten,

Fig. 4 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 3, wonach das Ätzen der durchgehenden Löcher auf der Unterlage teilweise erfolgt ist,

Fig. 5 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 4, nachdem die durchgehenden Löcher in der Unterlage ausgebildet sind,

Fig. 6 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 5, nachdem Bereiche der Metallschicht entfernt worden sind, die das Ende eines jeden Loches umgeben,

Fig. 7 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 6 nach dem Plattieren der durchgehenden Löcher, und

Fig. 8 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 7 nach der Ausbildung der StromleiterSchemen.

In Fig. 1 ist ein 25 um dicker Polyimidfilm 1 auf beiden Oberflächen mit einer dünnen Schicht 2 aus Chrom mit einer Dicke von etwa 600 A* sowie einer Kupferschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 μΐη überzogen.

Um zu gewährleisten, daß keine Nadellöcher in der sich ergebenden Schichtung der Unterlage und der Schichten 2 vorhanden sind, werden die Schichten 2 mit Schichten 3 aus Kupfer mit einer Dicke von etwa 5 /am überzogen. Diese zusätzlichen Schichten 3 verstärken auch die Sandwichanordnung.

Die metallisierten Schichten 3 werden dann mit Photowiderstandsschichten 4 überzogen, die eine Dicke von 3 ^m besitzen können (Fig. 2). Diese beiden Schichten 4 werden gleichzeitig ultraviolettem Licht über zwei spiegelbildlich angeordnete, im übrigen

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aber identische Masken ausgesetzt, die die gewünschten Positionen 5 der in der Unterlage zu erstellenden Löcher definieren. Diese Masken (nicht dargestellt) wurden zweckmäßigerweise mit Hilfe von Ausrichtmarkierungen auf den Masken eingestellt, die in exakter Registerhaltung durch eine Halbleitermaskenausrichtvorrichtung (nicht dargestellt) gehalten, werden.

Die Photowiderstandsschichten werden dann entwickelt, damit die Stellen 5 der gewünschten Löcher auf der Oberfläche der Schicht 3 freigelegt werden.

Im Anschluß an die Entwicklung der Photowiderstandsmasken werden die Unterlage 1 und die MetalIisierungsschichten 2, 3 einem Ätzvorgang unterzogen, in welchem beide Seiten der Sandwichanordnung aus Unterlage und Metallüberzügen gleichzeitig Ätzmitteln ausgesetzt werden. Die freigelegten Bereiche von Kupfer und Chrom werden in Ferrichlorid- (oder ammoniakalischem Ätzmittel) und Alkali-Ferricyanid-Lösungen geätzt, damit die Oberflächenbereiche 6 der Polyimidunterlage 1 freigelegt werden. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. Die Sandwichanordnung, die in einer oszillierenden Lehre (nicht dargestellt) aufgenommen ist, um eine Turbulenz an den freigelegten Bereichen 6 der Polyimidunterlage zu bewirken, wird dann in einer Hydrazin-Hydrat-Lösung geätzt. Dieses Material durchdringt die Unterlage mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 um pro Stunde. Da das Ätzmaterial nach den Seiten wie auch nach innen zur Mitte der Unterlage zu wirksam ist, erzeugt dieses Ätzen die Ausbildung größerer Durchmesserbereiche an den Enden der Löcher und einen mittleren Bereich mit kleinerem Durchmesser. Da das Metall in einem geringerem Ausmaß geätzt wird, besteht dort ein in Umfangsrichtung verlaufender Überstand 7.

Fig. 4 zeigt die Situation während des Vorganges des Ätzens der Unterlage. Es ist gezeigt, daß der Überstand 7 sich ausbildet und daß die freigelegten Oberflächenbereiche 6 der Unterlage beginnen, sich nach der Seite und nach unten auszubreiten« Am Ende des

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Ätzvorganges ist das Loch 8 gebildet worden. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, hat die Wand 9 des Loches einen pfeil-ähnlichen Querschnitt . Bei einer praktischen Äusführungsform beträgt beispielsweise der Durchmesser der Löcher im metallisierten Teil 38 ,.um, und der Durchmesser der Enden der Löcher in der Unterlage beträgt 70 um sowie der Durchmesser des zentrischen Bereiches der Löcher 25 /im.

Um die gewünschte elektrische Stromleitfähigkeit zwischen den metallisierten Schichten zu erzielen, ist es notwendig, die Wand 9 des Loches 8 mit einem elektrischen Leiter zu plattieren oder in sonstiger Weise zu überziehen. Die überstehenden Bereiche 7 stören jedoch das Aufbringen der stromleitenden Schicht auf den Lochwandungen. Bisher ist diese Schwierigkeit dadurch umgangen worden, daß die metallisierten Überzüge 2, 3 entfernt wurden und daß dann die Oberflächen der Unterlage, in der die Löcher vorgesehen sind, erneut überzogen werden, so daß während des erneuten ÜberZiehens die Wände der Löcher plattiert wurden.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß das Schema von Stromleitern, das durch die zur Herstellung der Schemen in der Photowiderstandsschicht verwendete Maske definiert wird, nicht immer in bezug auf die Löcher in der Unterlage korrekt positioniert - ist.

Die Anmelderin hat nun festgestellt, daß diese Dimensions- und Positionsungenauigkeiten daraus resultieren, daß im Anschluß an das Entfernen der Metallisierung 2, 3 von der Polyimidunterlage zum Entfernen des Überstandes 7 der Polyimidfilm 1 sich entspannt und damit eine Dimensionsänderung in die Unterlage einführt, die ihrerseits die Löcher in bezug aufeinander verschiebt und infolgedessen eine Fehlausrichtung der Löcher 8 relativ zu den Masken hervorruft, die die Stromleiterschemen festlegen, welche anschließend aufgebracht werden sollen.

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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann diese Schwierigkeit dadurch vermieden werden, daß die ursprünglich ausgebildeten Metallisierungsschichten 2, 3 nach der Bildung der Löcher beibehalten werden, mit Ausnahme an den Stellen der Schichten, die unmittelbar die durchgeätzten Löcher umgeben; diese Stellen werden durch einen zweiten Photowiderstands- und Ätzvorgang entfernt, so daß ein schmales Ringband in der Unterlagenoberfläche um das Lochende herum freigelegt wird.

Dies wird wie folgt erreicht: Eine weitere Photowiderstandsmaske wird auf jede der Flächen der Sandwichanordnung, die aus der Unterlage, den Metallüberzgen und den durchgehenden Löchern besteht, aufgetragen. Die weiteren Photowiderstandsmasken definieren jeweils ein Schema von Löchern, das den Stellen der bereits geformten Löcher entspricht, jedoch so ausgebildet ist, daß jedes Loch einen größeren Durchmesser als das Loch der in der Unterlage gebildeten Löcher besitzt. Die Photowiderstandsmaske wird ultraviolettem Licht ausgesetzt und entwickelt.

Die Sandwichanordnung wird einem weiteren Ätzvorgang unterzogen, wobei die gleichen Ätzmittel wie obenerwähnt verwendet werden; bei diesem Ätzvorgang wird das Metall geätzt, das durch Entfernen der Ringe freiliegt, und dabei wird der Metallüberstand 7 zusammen mit einem weiteren Metallring 10 weggeätzt, so daß ein Ring 11 aus Polyimid um jedes durchgehende Loch 8 in der PoIyimidunterläge freiliegt. Im Anschluß daran wird der übrige Teil des Photowiderstandsmaterial es entfernt. Diese Situation ist in Fig. 6 gezeigt.

Die Wände 9 der Löcher 8 und der Ringe 11 der freigelegten Unterlage werden dann bei 12 stromlos verkupfert, damit eine elektrische Kontinuität durch die Löcher hindurch von der Metallschicht auf einer Oberfläche der Unterlage zur Metallschicht auf der anderen Oberfläche der Unterlage erzielt wird. Zusätzlich wird in Hinblick auf eine Verstärkung der Plattierung der durchgehenden Löcher eine weitere Kupfer-schicht auf der st&nlos aufgebrachten Schicht 13

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durch Elektroplattieren ausgebildet.

Eine neue Photowiderstandsschicht (nicht dargestellt) wird beiden Seiten der Sandwichanordnung aufgegeben und diese Schichten werden ultraviolettem Licht über Masken ausgesetzt, die das Schema von Stromleitern definieren, welches auf den Flächen der Unterlage erforderlich ist.

Die Photowiderstandsschichten werden ausgebildet und die freigelegten Bereiche der Unterlage werden mit Kupfer (oder Nickel) in einer Dicke von 25 ^um elektroplattiert; es schließt sich ein Schutzüberzug von Zinn-Blei oder Gold an, um die Stromleiter 14 auszubilden.

Die zuletzt erwähnten Widerstandsschichten werden entfernt und die Sandwichanordnung mit den Stromleitern 14 wird zwei Ätzvorgängen unterzogen, die den 600 A Chromfilm und den 5 um Kupferfilm von Bereichen zwischen den Stromleiter der Bereichen entfernen, so daß die Stromleiter getrennt werden. Diese Endätzung kann unter Verwendung von Ferrichlorid in einer Konzentration von 30 g/l, wenn der strom-1extende Schutzüberzug Gold ist. oder unter Verwendung ammoniakalisehen Ätzmittels erzielt werden, wenn der

Schutz/Zinn-Blei oder Gold ist.
-überzug

Bei dem vorbeschriebenen Vagang wird eine maximale physikalische Abstützung für die Polyimidunterlage über die ganze Ausbildung der durchgehenden Löcher und der Stromleiter dadurch erhalten, daß während der Lochbildung und Plattierung nur die Polyimidbereiche, die tatsächlich die Löcher und die Ringe definieren, nicht verstärkt werden, und in ihrer Position durch Metallschichten fixiert werden, und daß während der Ausbildung des Stromleiterschemas die Stromleiter auf den metallischen Schichten aufgebaut werden, die das Polyimid so verstärken, daß die Unterlage sich im Anschluß an die Lochbildung und bevor die Plattierung der durchgehenden Löcher und die Ausbildung des stromleitenden Schemas vorgenommen wird, nicht entspannen können.

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Claims

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Patentansprüche;

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Stromkreisanordnung mit einer Unterlage, auf deren wenigstens einer Oberfläche ein Schema von Stromleitern aufgebracht wird, und mit einer stromleitenden Ebene oder weiteren Schemen von Stromleitern auf der anderen Oberfläche,

dadurch gekennzeichnet, daß ein kontinuierlicher Metallüberzug auf beiden Oberflächen einer flexiblen Unterlage hergestellt wird, daß Teile des Metallüberzuges entfernt werden, damit die Unterlage an jeder der Stellen freigelegt wird, an der es erforderlich wird, ein Loch in der Unterlage auszubilden, daß die Unterlage so geätzt wird, daß die Löcher entstehen, daß ein Metallring von der Nähe eines jeden Endes eines jeden Loches entfernt wird, wodurch ein Ring der Unterlagenoberfläche um jedes Ende eines jeden Loches freigelegt wird, daß die Wände der Löcher und die freigelegten Ringe der Unterlagenoberfläche so plattiert werden, daß eine elektrische Kontinuität zwischen den Metallüberzügen auf den Oberflächen der Unterlage hergestellt wird, und daß aus mindestens einem der Metallüberzüge oder aus jedem Metallüberzug ein Schema von Stromleitern hergestellt wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Stromkreisanordnung mit stromleitenden Bereichen, die auf entgegengesetzten Flächen einer flexiblen Unterlage vorgesehen sind und mit durchgehenden Löchern mit elektrisch stromleitenden Wandungen, die die Bereiche miteinander verbinden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (8) in der Unterlage (1) auf chemischem Wege hergestellt werden, daß Teile der stromleitenden Bereiche (3) entfernt werden, damit ringförmige Bereiche (10) der Unterlage einschließlich des Umfanges eines jeden Endes eines jeden Loches (8) freigelegt werden, daß die Wände (9) der Löcher und der freigelegten Bereiche der Unterlage metallisiert (13, 14) werden, und daß die gewünschten StromleiterSchemen in den stromleitenden Bereichen hergestellt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitenden Bereiche (3) einen kontinuierlichen Überzug auf jeder Oberfläche der Unterlage bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher durch gleichzeitiges Ätzen der Unterlage an entgegengesetzten Oberflächen hergestellt v/erden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hydrazin-Hydratlösung verwendet wird, wenn die Unterlage aus Polyimid besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des stromleitenden Materiales auf der Unterlage durch einen Ätzvorgang entfernt werden, der ein Schema von Ringen (10) auf jeder Oberfläche der Unterlage (1) ergibt, daß die Positionen der Ringe des Schemas den Stellen der Löcher in der Unterlage entsprechen, unddaß jeder Ring einen äußeren Durchmesser besitzt, der größer ist als der des zugeordneten Unterlagenloches.

7. Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4,οder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die freigelegten Teile (10) der Unterlage und die Wände (9) der Unterlagenlöcher durch einen stromlosen Plattierschritt (13) metallisiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Plattiervorgang Kupfer aufgetragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht (14) aus stromleitendem Material durch einen Elektroplattierschrxtt auf der stromlos aufgetragenen Schicht (13) auf gelragen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Schema von Stromleitern durch Aufbauen

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des stromleitenden Materiales auf der Unterlage bis zu einer gewünschten Dicke ausgebildet wird und daß dann die Bereiche des aufgebauten stromleitenden Materiales entfernt werden, damit die benachbarte Oberfläche der Unterlage freigelegt wird und damit das gewünschte Stromleiterschema verbleibt.

11. Gedruckte Schaltungsanordnung, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1-10.

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